1954–1960 年黄土丘陵沟壑区第一副区辛店沟流域径流场观测数据集

崔乐乐，周子渊，杜雪，张耀南，金美君，赵国辉*

1.黄河水土保持绥德治理监督局（绥德水土保持科学试验站），陕西榆林 719000

2.中国科学院西北生态环境资源研究院，兰州 730000

3.国家冰川冻土沙漠科学数据中心,兰州 730000

4.黄河水利委员会晋陕蒙接壤地区水土保持监督局，陕西榆林 719000

引 言

水土流失的产生与自然环境及不合理的人类活动有紧密的关系。其中，水土流失的自然驱动因素，如降雨强度、坡度坡长、植被覆盖等与区域水土流失间的关系，已经引起了相关研究者的广泛关注[1]。径流场观测作为水土流失野外试验观测的重要手段，通过径流场原位观测可研究不同控制条件下小流域的水土流失规律，定性、定量剖析其影响因素。由于种种原因，整个黄土高原地区仅有极少数小流域开展过土壤侵蚀的观测工作，且所获资料极为有限，对于绝大多数小流域而言，水文泥沙的观测资料仍然空白[2]。

为黄河流域生态保护和高质量发展提供基础性数据资料，黄河水利委员会绥德水土保持科学试验站汇集整编了1954–1960 年黄丘一副区辛店沟流域径流场观测数据集。数据观测区陕西省绥德县辛店沟流域，地理坐标37°29′00″N–37°31′00″N、110°16′45″E–110°20′00″E，为黄河一级支流无定河中游左岸支沟，总面积1.77 km2，属典型黄土丘陵地貌。本数据集对定点观测获取的不同坡度、坡长、作物、耕作方式等单项措施或组合下，43 个径流场的降水量、径流量、泥沙量、被覆度和土壤含水量指标，整编形成径流泥沙测验成果数据集合。

1 数据采集和处理方法

1.1 数据采集

本数据集为辛店沟径流场径流泥沙原始观测数据。观测流域辛店沟共布设径流小区43 个，主要分布在辛店沟平沟焉、育林沟、阳背三条和南窑峁4 处，从1 号开始顺序编码。径流场主要分为不同坡度、不同坡长、不同作物类型、不同耕作方法、农牧带状间作、农业综合措施和陡坡牧草7 种类型的组合（详细情况见表1 和表2）。每类径流场配备雨量站1 个，配置径流池1 个。监测内容包括降水量、径流量、泥沙量、被覆度和土壤含水量。

表1 绥德站辛店沟径流场历年试验项目和因子组合情况表

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表2 绥德站辛店沟人工牧草径流场基本情况表

1.1.1 降水量

监测降水起讫时间和一次降水总量，重点径流场（即规范布设围梗、径流池等标准措施的径流场）加测降水过程。有自记雨量计的，除自计记录外，同时观测标准雨量器的降水总量以作比较。无自记雨量计的重点径流场，降水期间，每两分钟观测一次降水量。

1.1.2 径流量

监测一次降水产生的径流总量（浑水）。径流总量是根据径流池的最高水位用事先率定好的径流池的水位容积关系推算得到。径流池最高水位于降水停止之后观测。如承水槽和引水槽有泥沙淤积，则先将其刮入池内，而后观测。径流过程由水位过程推算。水位过程一般每隔两分钟观测一次。

1.1.3 泥沙量

监测一次降水产生的泥沙总量。泥沙总量是以径流总量乘径流平均含沙量得出。径流平均含沙量的取样方法主要为分层取样法：将泥水搅拌均匀后，分层取出水样3–5 个，混合在一起，共计一立方米，再从中取出水样1–3 个，约0.5 立方米，作为处理水样。径流含沙量很大、池底淤泥很多时，先用白矾使细泥沉淀，吸出上部清水，然后用取样瓶采集泥浆样品50 毫升左右，带回实验室进行测定。水样处理，原则上采用烘干法，当烘干法不具备条件下，采用置换法。置换法是根据泥沙对含沙水体比重的影响来确定含沙量，即量水样容积，沉淀浓缩水样，测定比重瓶装满浑水后的重量，以及浑水的温度，计算泥沙重量。测量时可采用比重计，也可使用天平和量筒，如测得样品的总重量为G（kg），体积为V（m3），则样品中的含沙量Cj（kg/m3）为：

式中：Cs=2.65×103kg/m3为标准泥沙比重，Cw=1.0×103kg/m3，为清水密度。

1.1.4 被覆度

每次产生径流之后采用目估法，做0–25%、25%–50%、50%–75%、75%–100%四级记录。

1.1.5 土壤含水量

正常情况下，10 天观测一次（每月1 日、11 日和21 日进行测定），雨后进行加测。取样点位于径流场保护带内有代表性的固定地段。采用土钻取样法，分别于0–10 cm、10–20 cm、20–30 cm 和30–50 cm 共4 个土层取样。采用烘箱烘干法进行测定，即在108℃下连续烘干12 h 以上

1.2 数据处理

1.2.1 逐日降水量表、逐次降水量表和降水量摘录表

逐日降水量表是对汛期（每年6 月1 日至9 月30 日）每日降水量的数据记录，包括单日降水量、每月降水量、降水日数、最大降雨日量的统计，以及单次最大降雨量和最大降雨强度的降雨历时进行记载说明。降水量的日分界时间，由于各站定时观测时间不统一，出现19 时、20 时和24 时3 个时间点。此外，还记载雨量站高程信息。

逐次降水量表是各个径流场在逐次降水过程的数据摘录表，包含降雨次序、降雨日期、降雨历时、降雨量信息。并对每月和汛期降雨总量作出统计记录。

降水量摘录表是对每场降雨的过程记录，包含径流场编号、降雨日期、降雨历时、降雨量信息。采用2 段制，并记录各雨量站高程。

1.2.2 汛期径流泥沙测验成果表

本表包含径流场编号、类型等基本信息，同时记录各径流场的汛期降雨总量、径流量（浑水和清水）、冲刷量和径流系数（浑水和清水）。各项数值只包括汛期（每年6 月1 日至9 月30 日）的观测值，非汛期（10 月1 日至次年5 月31 日）的未包括在内。

表中径流量由径流池计算获得，冲刷量由洪水样中泥沙含量换算后，除以流域面积，径流系数为径流量与降水量之比值。

1.2.3 逐次径流泥沙测验成果表

本表记载了径流场历年逐次降水产生径流、泥沙的观测成果。包含径流场编号、降水次序、径流次序、单次降雨起止时间、单次降雨历时、单次降雨量、单次降雨强度，径流深度（浑水和清水）和径流系数（浑水和清水），以及含沙量、冲刷量、雨前土壤含水率和植被度信息。降雨信息由降雨量表和降雨量摘录表统计得到；径流深度为单次径流总量除以流域面积计算得到，径流系数同上。含沙量和雨前土壤含水率均要通过取样，带回实验室进行分析测定、计算。

（1）浑水深DMW：

式中：DMW为浑水深，单位为毫米；TMW为径流池泥水总量，单位为立方分米；ET为径流池蒸渗量，单位为立方分米；S为取出水样，单位为立方分米；ΔP为雨量改正值，单位为立方分米；A为径流场面积，单位为平方米。径流池蒸渗量ET从实验得出。雨量改正值为降水量与径流池、承水槽、引水槽面积的乘积。如果池、槽加盖，则此项为零。

（2）清水深Dcw：

式中,W为冲刷量，单位为吨每平方公里，γS为泥沙密实容重，采用2.65 吨每立方米。

1.2.4 径流场要素过程表

本表记载了重点径流场历年观测的逐次径流要素过程，包含径流场编号、降水次序、径流次序、降雨起止时间、降雨历时、累计降雨量和流量，累计径流深度（浑水和清水），以及含沙量、输沙率和累计冲刷量信息。输沙率为单位时间内通过水流输移的泥沙量。其余获得方法同上，表中主要项目计算公式如下：

式中，R为流量，单位为立方分米每秒；d为历时，单位为秒；STR为输沙率，单位为克每秒；Rd为时段径流量，单位立方米；SC为时段平均含沙量，单位为克每立方分米。

1.2.5 径流场土壤含水率实测成果表

本表记载了径流场不同土壤深度含水率，包含径流场编号、测定次序、取样时间、取样深度（0–10 厘米、10–20 厘米、20–30 厘米和30–50 厘米4 个土层深度），垂线平均土壤含水率和两测次间降水量。垂线平均土壤含水率采用恒温箱烘干法测定，计算公式如下：

式中，ω为土壤含水率，ρ′为土壤湿容重，单位为克每立方厘米；ρ为土壤烘干容重，单位为克每立方厘米；b为土壤体积，单位为立方厘米。

2 数据样本描述

本数据集主要数据为逐日降水量表、逐次降水量表、降水量摘录表、径流场汛期径流泥沙测验成果表、径流场径流要素过程表、径流场土壤含水率实测成果表和径流场逐次径流泥沙测验成果表，数据格式均为xlsx，数据大小为425 KB，详细数据样例见表3–9。

表3 辛店沟径流场逐日降水量表

表4 辛店沟径流场逐次降水量表

表5 辛店沟径流场降水量摘录表

表6 辛店沟径流场汛期径流泥沙测验成果表

表7 辛店沟径流场径流要素过程表

表8 辛店沟径流场土壤含水率实测成果表

3 数据质量控制和评估

辛店沟径流场数据采集和处理方法科学合理，能够准确捕捉一场降水实际产流产沙特征，并及时对观测数据进行合理性检验。整编过程中，对原始记录进行了系统地检查与鉴定，并重新校对和审查。先后进行了制表、初核、复核和审查4 个阶段。对发现的问题和错误，及时订正，不能改正者，做出明确注释说明，保证了数据的真实性、科学性和可靠性。

表9 径流场逐次径流泥沙测验成果表

4 数据使用方法和建议

本数据集提供了1954–1960 年黄土丘陵沟壑区第一副区辛店沟流域径流场观测数据集，其中包括7个类型共43 个径流小区的降水、径流、泥沙、被覆度和土壤含水量整编数据，可作为探索黄丘一副区水土流失规律的基础数据。本数据集通过国家冰川冻土沙漠科学数据中心提供下载服务。为保障数据生产单位权益，请数据使用者在使用数据所产生的研究成果中（包括公开发表的论文、论著、数据产品和未公开发表的研究报告、数据产品等成果），规范引用数据。